DE102009040145A1 - Method and device for stopping a manipulator - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stillsetzen eines Manipulators, insbesondere eines Roboters, sowie zum Bestimmen eines Bremsweges des Manipulators.The present invention relates to a method and a device for stopping a manipulator, in particular a robot, as well as for determining a braking distance of the manipulator.
Insbesondere im Rahmen sicherheitskritischer Roboteranwendungen ist es bekannt, Schutzbereiche, beispielsweise in einem Weltkoordinatensystem, vorzugeben, in die der Roboter mit Gliedern oder Referenzpunkten wie etwa seinem TCP nicht eindringen darf. Wird eine Bereichsverletzung erkannt, wird der Roboter sicher stillgesetzt.In particular in the context of safety-critical robot applications, it is known to specify protection areas, for example in a world coordinate system, into which the robot is not allowed to penetrate with links or reference points such as its TCP. If a zone violation is detected, the robot is safely shut down.
Dabei kann der Roboter jedoch aufgrund seiner Massenträgheiten sowie der Totzeiten und Trägheiten zwischen Bereichsverletzung und Ansprechen der Überwachung noch weiter in den Schutzbereich eindringen.In this case, however, the robot can penetrate even further into the protected area due to its inertia and the dead times and inertias between range violation and response of the monitoring.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb von Manipulatoren zu verbessern.The object of the present invention is to improve the operation of manipulators.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 2 gelöst. Anspruch 9 stellt eine Vorrichtung, Anspruch 10 bzw. 11 ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt, insbesondere einen Datenträger oder ein Speichermedium, zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.This object is achieved by a method having the features of
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, einen Bereich zu überwachen und den Manipulator zu bremsen, vorzugsweise sicher stillzusetzen, wenn erfasst wird, dass er den überwachten Bereich verletzt.According to a first aspect of the present invention, it is proposed to monitor an area and to brake the manipulator, preferably to shut it down safely when it is detected that it violates the monitored area.
Der Bereich kann beispielsweise in Gelenkkoordinaten des Manipulators oder Weltkoordinaten, etwa einer Roboterzelle, vorgegeben werden. Dazu kann, zum Beispiel auf Basis seiner, gegebenenfalls in Weltkoordinaten transformierten, Gelenkkoordinaten, überwacht werden, ob ein oder mehrere Glieder des Manipulators bzw. manipulatorfeste Referenzpunkte wie sein TCP, sich innerhalb eines unzulässigen Schutzbereichs bzw. außerhalb eines zulässigen Arbeitsbereichs befinden oder nicht. Gleichermaßen können Positionen solcher Glieder bzw. Referenzpunkte auch, beispielsweise mittels elektromagnetischer Strahlung wie sichtbarem oder UV-Licht, Radar, Funk oder dergleichen, durch einen Vorrichtung erfasst werden, indem etwa ein oder mehrere Kameras die Pose des Manipulators erfassen oder der Abstand eines oder mehrerer manipulatorfester Referenzpunkte von umgebungsfesten Sendern oder Empfängern erfasst wird.The area can be specified for example in joint coordinates of the manipulator or world coordinates, for example a robot cell. For this purpose, it can be monitored, for example, on the basis of its joint coordinates, which may have been transformed into world coordinates, whether or not one or more members of the manipulator or manipulator-fixed reference points such as its TCP are within an inadmissible protection range or outside an admissible working range. Likewise, positions of such members or reference points can also be detected by a device, for example by means of electromagnetic radiation such as visible or UV light, radar, radio or the like, by one or more cameras detecting the pose of the manipulator or the distance of one or more tamper-resistant reference points is detected by ambient transmitters or receivers.
Nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der überwachte Bereich nun während des Betriebs auf Basis eines Bremsweges des Manipulators variabel vorgegeben. Insbesondere kann er bei längeren Bremswegen vergrößert und/oder bei kürzeren Bremswegen verkleinert werden. Vorzugsweise wird der Bremsweg dazu während des Betriebes, beispielsweise zyklisch, ermittelt und der überwachte Bereich entsprechend aktualisiert.According to the first aspect of the present invention, the monitored area is now variably set during operation on the basis of a braking distance of the manipulator. In particular, it can be increased with longer braking distances and / or reduced in shorter braking distances. Preferably, the braking distance is determined during operation, for example cyclically, and the monitored area is updated accordingly.
Der Bremsweg hängt insbesondere von der zu dissipierenden kinetischen Energie des Manipulators ab, die ihrerseits von dessen Geschwindigkeiten, Massen und Trägheitsmomenten abhängt, welche je nach bewegter Traglast wiederum variieren können. Zusätzlich kann der Bremsweg auch durch die Schwerkraft verlängert oder verkürzt werden, je nachdem, ob diese zusätzliche Bremskräfte und -momente induziert oder diesen beschleunigend entgegenwirkt. Weiterhin führen verschiedene Bremskraft- bzw. -momentverläufe aufgrund von Toleranzen, Verschleiß, Erwärmung und dergleichen zu unterschiedlichen Bremswegen.The braking distance depends in particular on the kinetic energy of the manipulator to be dissipated, which in turn depends on its speeds, masses and moments of inertia, which in turn may vary depending on the moving load. In addition, the braking distance can also be extended or shortened by gravity, depending on whether it induces additional braking forces and moments or counteracts them in an accelerating manner. Furthermore, different braking force or torque curves due to tolerances, wear, heating and the like lead to different braking distances.
Dementsprechend kann der Bremsweg nach einer Ausführung während des Betriebs auf Basis eines Modells, welches die Dynamik des Manipulators, insbesondere seine Gewichts- und/oder Trägheitskräfte, und/oder Bremskraft- bzw. -momentverläufe beschreibt, ermittelt und dementsprechend der Bremsweg bestimmt werden. Ist beispielsweise das Massenträgheitsmoment J bezüglich der vertikalen Achse eines einachsigen Roboters mit dem Gelenkwinkel q und sein konstantes Bremsdrehmoment τ0 bekannt, ergibt sich der Bremsweg s auf Basis des dynamischen Modells
Bei komplexeren Manipulatoren wie beispielsweise sechsachsigen Industrierobotern ist die Auswertung eines entsprechenden Modells zur Bestimmung des Bremsweges
Daher wird nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein nachfolgend erläutertes Verfahren zur Bestimmen eines Bremsweges eines Manipulators, insbesondere eines Roboters vorgeschlagen, das insbesondere zur Bestimmung des Bremsweges auf Basis eines aktuellen Zustandes während des Betriebs, i. e. online geeignet ist. Erster und zweiter Aspekt sind bevorzugt miteinander kombiniert. Gleichwohl kann der erste Aspekt, wie obige Gleichung (2) zeigt, auch ohne den zweiten Aspekt genutzt werden. Ebenso kann der zweite Aspekt ohne Verwirklichung des ersten Aspekts genutzt werden, beispielsweise zur Bahnplanung und -optimierung, bei der sehr viele Simulationsläufe durchgeführt und für verschiedene Manipulatorzustände Bremswege ermittelt werden müssen.Therefore, according to a second aspect of the present invention, a subsequently explained method for determining a braking distance of a manipulator, in particular of a robot is proposed, which in particular for determining the braking distance based on a current state during operation, i. e. is suitable online. First and second aspects are preferably combined. However, as the above equation (2) shows, the first aspect can be utilized without the second aspect. Likewise, the second aspect can be used without realizing the first aspect, for example for path planning and optimization, in which a large number of simulation runs have to be carried out and braking distances have to be determined for different manipulator states.
Nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden vorab, insbesondere numerisch und/oder empirisch, für unterschiedliche Zustände und/oder Bremskraftverläufe des Manipulators Bremswege simuliert.According to the second aspect of the present invention, braking paths are simulated in advance, in particular numerically and / or empirically, for different states and / or braking force courses of the manipulator.
Ein Zustand kann dabei beispielsweise eine oder mehrere Positionen und/oder Geschwindigkeiten, beispielsweise kartesische Positionen bzw. Geschwindigkeiten von manipulatorfesten Referenzpunkten im Weltkoordinatensystem, oder Gelenkkoordinaten, insbesondere Gelenkwinkeln, bzw. deren zeitlichen Ableitungen, Traglastparameter wie insbesondere Masse, Trägheitsmomenten und/oder Schwerpunktlage der Traglast und dergleichen umfassen. Eine numerische Vorabsimulation kann insbesondere durch die Zeitintegration eines dynamischen Modells des Manipulators erfolgen, wie es rein exemplarisch in Gl. (1) angeben ist, eine empirische durch Testläufe und deren Auswertung.In this case, a state can be, for example, one or more positions and / or speeds, for example Cartesian positions or velocities of manipulator-fixed reference points in the world coordinate system, or joint coordinates, in particular joint angles or their time derivatives, load parameters such as in particular mass, moments of inertia and / or center of gravity of the load and the like. A numerical pre-simulation can be carried out in particular by the time integration of a dynamic model of the manipulator, as shown purely by way of example in Eq. (1) is an empirical through test runs and their evaluation.
Ein Bremskraftverlauf kann beispielsweise die Größe einer Bremskraft in Abhängigkeit von dem Zustand, insbesondere den Gelenkkoordinaten und/oder deren zeitlichen Ableitungen, der Zeit und/oder weiterer Parameter wie Haft- und Gleitreibungskoeffizienten umfassen. Dabei werden zur kompakteren Darstellung antiparallele Bremskraftpaare, i. e. Bremsmomente, welche auf eine Drehachse des Manipulators wirken, verallgemeinernd ebenfalls als Bremskräfte bezeichnet. Ein Bremskraftverlauf kann daher beispielsweise in der Form
Erfindungsgemäß wird dann auf Basis dieser vorab simulierten Bremswege eine obere Schranke für den Bremsweg abgeschätzt. Dies erfolgt, insbesondere bei Kombination mit dem ersten Aspekt, während des Betriebs des Manipulators, vorzugsweise im Wesentlichen in Echtzeit.According to the invention, an upper limit for the braking distance is then estimated on the basis of these previously simulated braking distances. This takes place, in particular when combined with the first aspect, during the operation of the manipulator, preferably substantially in real time.
Durch die erfindungsgemäße Abschätzung einer oberen Schranke kann auf die aufwändige exakte Auswertung des dynamischen Modells oder entsprechende Testläufe verzichtet werden, wenn der aktuelle Bremsweg bestimmt werden muss. Beispielsweise können für einen aktuellen Zustand ein oder mehrere nächstliegende simulierte Zustände herangezogen und aus den für diese bestimmten Bremswegen eine oberer Schranke für den aktuellen Zustand abgeschätzt, beispielsweise inter- oder extrapoliert werden.Due to the estimation of an upper barrier according to the invention, it is possible to dispense with the elaborate exact evaluation of the dynamic model or corresponding test runs, if the current braking distance has to be determined. For example, for a current state, one or more proximate simulated states may be used, and an upper bound for the current state may be estimated, for example interpolated or extrapolated, from the braking paths determined for them.
Bereits anhand des vorstehend erläuterten stark vereinfachten Beispiels mit einer vertikalen Drehachse ist ersichtlich, dass der Bremsweg unter anderem von Trägheitsparametern einer Traglast des Manipulators, in Gl. (1) von dem Trägheitsmoment J, abhängt. Diese variieren je nach bewegter Traglast, etwa gegriffener Nutzlast, unterschiedlichen Werkzeugen etc., teilweise stark.Already with reference to the highly simplified example with a vertical axis of rotation explained above, it can be seen that the braking distance includes, inter alia, inertia parameters of a load of the manipulator, in Eq. (1) depends on the moment of inertia J. These vary depending on the moving load, such as gripped payload, different tools, etc., sometimes strong.
Daher wird in einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung der Bremswege für unterschiedliche Zustände des Manipulators für eine Referenztraglast und/oder Referenztraglastanordnung simuliert. Eine Referenztraglast kann dementsprechend beispielsweise durch Werte für Masse und Trägheitsmomente, eine Referenztraglastanordnung entsprechend zum Beispiel durch die Schwerpunktlage der Traglast zum TCP oder den Bewegungsachsen des Manipulators vorgegeben werden.Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, the braking paths for different states of the manipulator for a reference load and / or Referenztraglastanordnung is simulated. Accordingly, a reference load can be predetermined, for example, by values for mass and moments of inertia, a reference load arrangement corresponding, for example, by the center of gravity of the load to the TCP or the axes of movement of the manipulator.
Sofern eine tatsächliche Traglast im Betrieb zu stark von der in Vorabsimulationen zugrunde gelegten Referenztraglast abweicht, verfälscht dies die abgeschätzte oberer Schranke für den Bremsweg mit der Folge, dass dieser länger als erforderlich oder zu kurz wird. Daher wird in einer bevorzugten Weiterbildung ein Bremsweg, der für eine Referenztraglast und/oder Referenztraglastanordnung vorab simuliert wurde, auf eine tatsächliche Traglast und/oder Traglastanordnung skaliert, um die obere Schranke abzuschätzen.If an actual load in operation deviates too much from the reference load applied in pre-simulations, this distorts the estimated upper limit for the braking distance with the consequence that it becomes longer than necessary or too short. Therefore, in a preferred embodiment, a braking distance, which has been simulated in advance for a reference load and / or reference load arrangement, to an actual load and / or load assembly scaled to estimate the upper bound.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Skalierungsgröße zum einen für die Referenztraglast und/oder für die Referenztraglastanordnung, zum anderen für die tatsächliche Traglast bzw. Traglastanordnung simuliert und aus dem Quotienten beider Skalierungsgrößen jeweils ein Skalierfaktor gebildet wird, mit dem der abgeschätzte Bremsweg beispielsweise multipliziert wird.This can be done, for example, by simulating a scaling quantity on the one hand for the reference load and / or for the reference load arrangement, on the other for the actual load or load-bearing arrangement, and forming a scaling factor from the quotient of both scaling variables, with which the estimated braking distance is multiplied by way of example becomes.
Da bei Abschätzung auf Basis einer Referenztraglast und Skalierung des Bremsweges mit einem oder mehreren Skalierungsfaktoren noch nicht zwingend gewährleistet ist, dass der Bremsweg bei einer tatsächlichen Traglast die so abgeschätzte obere Schranke nicht übersteigt, werden in einer bevorzugten Weiterbildung Bremswege für unterschiedliche Zustände des Manipulators zusätzlich für eine oder mehrere von der Referenztraglast und/oder Referenztraglastanordnung verschiedene Traglasten bzw. Traglastanordnungen vorab simuliert. Wird dabei ein längerer Bremsweg ermittelt als derjenige, der sich auf Basis der Referenztraglast und der Skalierung ergibt, wird die obere Schranke entsprechend heraufgesetzt. Hierzu kann gleichermaßen auch der Bremsweg, der für die von der Referenztraglast(anordnung) verschiedene Traglast(anordnung) simuliert wurde, durch die Inverse des bzw. der Skalierfaktoren auf den Bremsweg für die Referenztraglast(anordnung) abgebildet und somit als weiterer Simulationslauf mit Referenztraglast(anordnung) behandelt werden.Since in estimation based on a reference load and scaling of the braking distance with one or more scaling factors is not necessarily guaranteed that the braking distance at an actual load does not exceed the estimated upper bound, in a preferred development braking paths for different states of the manipulator additionally for simulates one or more of the reference load and / or Referenztraglastanordnung different payloads or load capacity arrangements in advance. If a longer braking distance is determined than that which results on the basis of the reference load and the scaling, the upper limit is increased accordingly. For this purpose, the braking distance, which was simulated for the reference load (arrangement) different load (arrangement), equally represented by the inverse of the or the scaling factors on the braking distance for the reference load (arrangement) and thus as a further simulation run with reference load ( arrangement).
Beispielsweise bei einem üblichen sechsachsigen Knickarmroboter weist ein Zustandsvektor seiner Gelenkwinkel und Gelenkwinkelgeschwindigkeiten bereits 12 Dimensionen auf. Daher wird in einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ein mehrdimensionaler Zustand des Manipulators auf eine niedrigerdimensionale, insbesondere skalare Größe bzw. Gesamtgeschwindigkeit abgebildet bzw. transformiert. Hierzu kann beispielsweise eine gewichtete Summe der Beträge oder Potenzen der Gelenkgeschwindigkeiten gebildet werden. Da der Bremsweg stark von der kinetischen Energie des Manipulators abhängt und diese sich bei Knickarmrobotern aus der Summe der Trägheitsmomente um die einzelnen Achsen, multipliziert mit den halben Quadraten der entsprechenden Gelenkwinkelgeschwindigkeiten ergeben, wird in einer bevorzugten Ausführung der durch die Gelenkkoordinaten und deren erste zeitliche Ableitung gegebene Zustand auf eine skalare Gesamtgeschwindigkeit transformiert, die im Wesentlichen der kinetischen Energie in diesem Zustand entspricht, wobei zur Vereinfachung auch jeweils Maximalwerte für Lastparameter wie Trägheitsmomente und/oder Schwerpunktabstände zugrundegelegt werden können.For example, in a conventional six-axis articulated robot, a state vector of its joint angles and joint angular velocities already has 12 dimensions. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, a multi-dimensional state of the manipulator is mapped or transformed to a lower-dimensional, in particular scalar, size or overall speed. For this purpose, for example, a weighted sum of the amounts or powers of the joint speeds can be formed. Since the braking distance depends strongly on the kinetic energy of the manipulator and this results in articulated robots from the sum of the moments of inertia about the individual axes multiplied by half the squares of the corresponding joint angular velocities, in a preferred embodiment, the through the joint coordinates and their first time derivative given state is transformed to a scalar total velocity, which essentially corresponds to the kinetic energy in this state, wherein for the sake of simplicity, maximum values for load parameters such as moments of inertia and / or center of gravity distances can also be used.
Insbesondere, wenn zur Abschätzung der oberen Schranke ein mehrdimensionaler Zustand des Manipulators auf eine skalare Gesamtgeschwindigkeit transformiert wird, kann aus allen Simulationen für unterschiedliche Zustände des Manipulators, die innerhalb einer vorgegebenen Diskretisierung bzw. Toleranz auf dieselbe skalare Gesamtgeschwindigkeit transformiert werden, der längste Bremsweg als obere Schranke für diese skalare Gesamtgeschwindigkeit ausgewählt werden. Der maximale Bremsweg kann dann beispielsweise durch einen Polygonzug über der skalaren Gesamtgeschwindigkeit abgespeichert werden.In particular, when a multidimensional state of the manipulator is transformed to a scalar total velocity for estimation of the upper bound, the longest braking distance of all simulations for different states of the manipulator, which are transformed within a given discretization or tolerance to the same scalar total velocity Barrier can be selected for this scalar overall speed. The maximum braking distance can then be stored, for example, by a polygon over the scalar total speed.
In einer bevorzugten Ausführung werden die Vorabsimulationen typspezifisch für verschiedene Manipulatoren durchgeführt, die sich in ihrer Konfiguration, beispielsweise Achsanordnung, Achsabständen, Massen, Trägheitsmomenten und anderen Maschinendaten unterscheiden. Die Bestimmung des Bremsweges für einen bestimmten Manipulator erfolgt dann auf Basis der für diesen Manipulatortyp vorab simulierten Bremswege.In a preferred embodiment, the pre-simulations are performed type-specifically for various manipulators that differ in their configuration, such as axle arrangement, center distances, masses, moments of inertia, and other machine data. The determination of the braking distance for a specific manipulator then takes place on the basis of the brake paths simulated in advance for this type of manipulator.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:Further advantages and features emerge from the subclaims and the exemplary embodiments. This shows, partially schematized:
Zur besseren Übersicht wird die vorliegende Erfindung nachfolgend anhand eines vereinfachten Beispiels erläutert. Hierzu zeigen
In
Um Bedienpersonal und Einrichtung zu schützen sowie Selbstkollisionen zu vermeiden, ist in einem Weltkoordinatensystem, welches in der Basis des Roboters
Um ein weiteres Eindringen des Roboters
Man erkennt an dem vereinfachten Beispiel, dass der maximale Bremsweg vom Zustand des Roboters abhängt: während seine beim Abbremsen zu vernichtende kinetische Energie in
Für den Bremsweg smax wird daher während des Betriebs online in Abhängigkeit des Zustandes des Roboters
Hierzu werden offline vorab für unterschiedliche Robotertypen, etwa den in
Alternativ können diese maximalen Bremswege auch empirisch ermittelt werden.Alternatively, these maximum braking distances can also be determined empirically.
Diese Gelenkwinkelgeschwindigkeiten dqj/dt werden auch auf eine skalare Gesamtgeschwindigkeit Qj abgebildet, die proportional zur Summe von gewichteten Potenzen der einzelnen Gelenkwinkelgeschwindigkeiten dqk/dt ist (Schritt S20):
Dann wird in einem Schritt S30 unter allen simulierten Gelenkwinkelgeschwindigkeiten dq/dt, die innerhalb einer vorgegeben Diskretisierung δ auf dieselbe Gesamtgeschwindigkeit Q abgebildet werden, der jeweils maximale der simulierten Bremswege smax,Ref,ij ausgewählt:
Diese auf die skalare Gesamtgeschwindigkeit Q bezogenen maximalen Bremswege F werden nun in einem Schritt S40 auf einen Polygonzug P abgebildet, der stets wenigstens den Maximalwert aller maximalen Bremswege F in einem Diskretisierungsintervall Qk ≤ Q ≤ Qk+1 aufweist, so dass gilt:
Dieser Polygonzug liefert damit eine leicht auswertbare Abschätzung für den maximalen Bremsweg eines Roboters des zugrundeliegenden Typs mit einer Referenztraglast LRef in einer Referenzanordnung.This traverse thus provides an easily evaluable estimate for the maximum braking distance of a robot of the underlying type with a reference load L Ref in a reference arrangement.
Zur Abschätzung des im Betrieb auftretenden maximalen Bremswegs wird dieser Wert noch von den Referenzwerten auf die tatsächliche Traglast und ihre Anordnung skaliert. Hierzu wird der Wert einerseits mit einem Skalierungsfaktor fakLast multipliziert, der sich aus dem Quotienten der Werte gemäß (6) unter Zugrundelegung tatsächlicher Traglastparameter, dividiert durch Werte gemäß (6) unter Zugrundelegung der Referenzlastparameter ergibt. Um diese Auswertung zu erleichtern, werden jeweils Maximalwerte für die Abstände des Traglastschwerpunktes zu den einzelnen Bewegungsachsen des Roboters gewählt, beispielsweise Jy,L + (lTCP + l1.1 + l1.2)2 × mL mit dem Trägheitsmoment Jy,L der Last um ihren Schwerpunkt, dem Abstand lTCP vom diesem zum Flansch des Roboters, dessen Gliedlängen l1.1, l1.2 sowie der Masse mL der Nutzlast.To estimate the maximum braking distance that occurs during operation, this value is still scaled from the reference values to the actual load and its arrangement. For this purpose, the value is multiplied on the one hand by a scaling factor fak Last , which results from the quotient of the values according to (6) on the basis of actual load parameters divided by values according to (6) on the basis of the reference load parameters. In order to facilitate this evaluation, maximum values for the distances between the load center of gravity and the individual movement axes of the robot are selected, for example J y, L + (1 TCP + 1.1 + 1.2 ) 2 × m L with the moment of inertia J y, L of Load around their center of gravity, the distance l tcp from this to Flange of the robot, whose link lengths 1.1 , 1.2 and the mass m L of the payload.
Zusätzlich wird der Wert mit einem Skalierungsfaktor fakTCP multipliziert, der sich aus dem Quotienten einer Hilfsfunktion für die geometrischen Maße des tatsächlichen TCPs, dividiert durch dieselbe Hilfsfunktion für die Maße eines Referenz-TCP ergibt, wobei die Hilfsfunktion ihrerseits der über alle Achsen des Roboters gebildeten Summe der Quotienten aus Abstand des TCP zu einer Achse, multipliziert mit deren Geschwindigkeitsquadrat, dividiert durch die Winkelbeschleunigung dieser Achse entspricht.In addition, the value is multiplied by a scaling factor fak TCP , which is the quotient of an auxiliary function for the geometric dimensions of the actual TCP divided by the same auxiliary function for the dimensions of a reference TCP, the auxiliary function itself being the one formed across all axes of the robot Sum of the quotients from the distance of the TCP to an axis, multiplied by its velocity square, divided by the angular acceleration of this axis.
Abschließend werden in einem Schritt S50 offline Simulationen mit verschiedenen Traglasten und Traglastanordnungen Lk durchgeführt und die dabei erhaltenen maximalen Bremswege durch Division mit den vorstehend erläuterten Skalierungsfaktoren fakLast, fakTCP auf die Referenztraglast bzw. -anordnung zurückskaliert. Ergibt sich dabei für eine oder mehrere Gesamtgeschwindigkeiten ein höherer Wert im Vergleich zu dem auf Basis der Referenztraglast bzw. -anordnung bestimmten Polygonzug, wird dieser entsprechend zu Pmod modifiziert, so dass er in Intervallen, in denen die Simulationen mit von der Referenzkonfiguration verschiedenen Traglasten und Traglastanordnungen größere maximale Bremswege ergeben, stets diese höheren Werte aufweist. Alternativ können die Simulationen mit verschiedenen Traglasten und Traglastanordnungen Lk auch vor, mit oder nach den Schritten S10, S20 durchgeführt werden und tieferen dann weitere, durch die Rückskalierung auf die Referenztraglast bezogene, Bremswege F(Q), die in Schritt S40 bei der Bildung des Polygonzuges P(Q) eingehen.Finally, in a step S50, simulations with different payloads and payload arrangements L k are carried out offline and the maximum braking distances thus obtained are scaled back to the reference load or arrangement by division with the above-described scaling factors fak load , fak TCP . If, for one or more overall speeds, this results in a higher value in comparison to the traverse determined on the basis of the reference load or arrangement, this is modified accordingly to P mod , so that it at intervals in which the simulations with different loads from the reference configuration and payload arrangements give greater maximum braking distances, always having these higher values. Alternatively, the simulations with different payloads and payloads L k may also be performed before, with or after steps S10, S20, and then lower further braking distances F (Q) related to the reference payload by the scaling back to those at step S40 in formation of the polygon P (Q).
Im online-Betrieb wird nun eine obere Schranke für den maximalen Bremsweg smax abgeschätzt. Hierzu wird in einem zyklisch wiederholten Schritt S100 die aktuelle Gesamtgeschwindigkeit Q für den aktuellen Zustand gemäß (5) ermittelt, mit dieser aus dem modifizierten Polygonzug Pmod(Q) in Schritt S110 ein maximaler Referenzbremsweg ermittelt und dieser in einem Schritt S120 mit den Skalierungsfaktoren fakLast, fakTCP multipliziert. Auf Basis des solcherart abgeschätzten maximalen Bremswegs smax wird in einem Schritt S130 in der eingangs erläuterten Weise der Schutzbereich A0 erweitert, wobei beispielsweise der Winkel des vergrößernden Kreissegmentes A1 bzw. A2 proportional zum maximalen Bremsweg smax gewählt wird.In online operation, an upper limit for the maximum braking distance s max is now estimated. For this purpose, in a cyclically repeated step S100, the current total speed Q for the current state is determined according to (5), with this from the modified polygonal path P mod (Q) in step S110 determines a maximum reference braking and this in a step S120 with the scaling factors fak Last , fak TCP multiplied. On the basis of the thus estimated maximum braking distance s max , the protected area A0 is widened in a step S130 in the manner explained in the introduction, wherein, for example, the angle of the widening circle segment A1 or A2 is selected to be proportional to the maximum braking distance s max .
Im Ausführungsbeispiel führt die aufgrund des ausgeklappten Armes und der größeren kartesischen Geschwindigkeit vL,2 höhere kinetische Energie und die beschleunigende Gravitationskomponente der in
Auf diese Weise kann in rechentechnisch schnell und einfach auszuwertender Weise eine obere Schranke für den maximalen Bremsweg abgeschätzt und der Schutzbereich auf Basis dieser Abschätzung vergrößert werden.In this way, an upper limit for the maximum braking distance can be estimated in a computationally fast and simple manner and the protection range can be increased on the basis of this estimate.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Roboterrobot
- 1.1, 1.21.1, 1.2
- Robotergliederrobot members
- A0, A1, A2A0, A1, A2
- Schutzbereichthe scope
- LL
- Nutzlastpayload
- smax s max
- maximaler Bremswegmaximum braking distance
- q1, q2 q 1 , q 2
- Gelenkwinkeljoint angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE (1) | DE102009040145A1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014226914A1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-06-23 | Kuka Roboter Gmbh | Override based predictive speed capping |
DE102017010599A1 (en) * | 2017-11-15 | 2019-05-16 | Kuka Deutschland Gmbh | Method and system for simulating a braking operation of a robot |
US10406689B2 (en) | 2016-02-17 | 2019-09-10 | Fanuc Corporation | Robot simulation apparatus that calculates swept space |
DE102019125326B3 (en) * | 2019-09-20 | 2020-12-03 | Franka Emika Gmbh | Predicted braking range of a robot manipulator |
DE102016006343B4 (en) | 2015-05-29 | 2022-03-31 | Fanuc Corporation | ENGINE CONTROL EQUIPPED WITH ABNORMAL BRAKE DETECTION FUNCTION AND ABNORMAL BRAKE DETECTION METHOD |
Families Citing this family (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9026299B2 (en) * | 2012-07-09 | 2015-05-05 | Deere & Company | Navigation system and method for autonomous mower |
JP5835254B2 (en) * | 2013-03-15 | 2015-12-24 | 株式会社安川電機 | Robot system and control method of robot system |
DE102014207072A1 (en) * | 2014-04-11 | 2015-10-15 | Kuka Roboter Gmbh | Method for operating a brake and associated machine, in particular robot |
US9517561B2 (en) | 2014-08-25 | 2016-12-13 | Google Inc. | Natural pitch and roll |
DE102014224123B4 (en) * | 2014-11-26 | 2018-10-25 | Kuka Roboter Gmbh | Method for operating a robotic device and robotic device |
DE102014226239A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Kuka Roboter Gmbh | Method for the safe coupling of an input device |
DE102014226789A1 (en) | 2014-12-22 | 2016-07-07 | Kuka Roboter Gmbh | Method and manipulator arrangement for conditionally stopping at least one manipulator on a path |
US9440353B1 (en) | 2014-12-29 | 2016-09-13 | Google Inc. | Offline determination of robot behavior |
JP6309990B2 (en) * | 2016-03-24 | 2018-04-11 | ファナック株式会社 | Robot system for controlling a robot composed of a plurality of mechanism units, the mechanism unit, and a robot control apparatus |
US9987745B1 (en) | 2016-04-01 | 2018-06-05 | Boston Dynamics, Inc. | Execution of robotic tasks |
EP3243609A1 (en) * | 2016-05-09 | 2017-11-15 | OpiFlex Automation AB | A fenceless industrial robot system |
JP6603255B2 (en) * | 2017-03-13 | 2019-11-06 | ファナック株式会社 | Robot system and robot control method |
US10960543B2 (en) * | 2017-05-30 | 2021-03-30 | Sisu Devices, LLC | Robotic point capture and motion control |
EP3437805B1 (en) * | 2017-08-02 | 2023-07-19 | ABB Schweiz AG | Robot stopping distance simulating method |
JP7013766B2 (en) * | 2017-09-22 | 2022-02-01 | セイコーエプソン株式会社 | Robot control device, robot system, and control method |
CN108098751A (en) * | 2017-12-06 | 2018-06-01 | 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 | Manipulator automatic emergency stop device and automatic emergency stop control method |
EP3498433A1 (en) * | 2017-12-14 | 2019-06-19 | Universal Robots A/S | Dynamical safety trajectories in a robotic system |
EP3569366B1 (en) * | 2018-05-17 | 2023-06-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Robot control method and apparatus |
US11065553B2 (en) | 2018-05-18 | 2021-07-20 | Universal City Studios Llc | Systems and methods for securing a movable arm of a ride vehicle |
EP3572971B1 (en) * | 2018-05-22 | 2021-02-24 | Sick Ag | Securing a surveillance area with at least one machine |
CN112352206A (en) | 2018-06-15 | 2021-02-09 | 优傲机器人公司 | Dual mode free drive for robotic arm |
WO2019238940A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Universal Robots A/S | Estimation of payload attached to a robot arm |
EP3843956A4 (en) | 2018-08-30 | 2021-12-22 | Veo Robotics, Inc. | System identification of industrial robot dynamics for safety-critical applications |
WO2020056375A1 (en) | 2018-09-13 | 2020-03-19 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Voice modification to robot motion plans |
DE102019121628B3 (en) * | 2019-08-12 | 2020-08-20 | Franka Emika Gmbh | Method for operating a robot manipulator with an increased mass of a load |
JP7326139B2 (en) * | 2019-12-09 | 2023-08-15 | 株式会社東芝 | WORK SUPPORT DEVICE, WORK SUPPORT METHOD, PROGRAM, AND WORK SUPPORT SYSTEM |
CN114074326A (en) * | 2020-08-14 | 2022-02-22 | 苏州艾利特机器人有限公司 | Safety system for ensuring boundary limitation of robot posture |
CN113370212A (en) * | 2021-06-25 | 2021-09-10 | 三一建筑机器人(西安)研究院有限公司 | Safe operation method, device and control system for truss manipulator |
CN114012721A (en) * | 2021-10-28 | 2022-02-08 | 珠海格力电器股份有限公司 | Robot brake control method and device and related equipment |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008013431A1 (en) | 2008-03-10 | 2009-05-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Machine safety-oriented stopping procedure, involves releasing turn-off impulse in case of endangerment to persons, and stopping machine within maximum deceleration time during operation of machine |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0179252A3 (en) * | 1984-09-14 | 1987-07-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for protecting people in the operating range of a movable part of a traversing or swiveling machine, particularly of an industrial robot |
DE10201488A1 (en) * | 2002-01-16 | 2003-07-31 | Duerr Systems Gmbh | Method for controlling robot arm movements within limits of space available establishes coordinates of reference points of arms and limits operation |
US6678582B2 (en) | 2002-05-30 | 2004-01-13 | Kuka Roboter Gmbh | Method and control device for avoiding collisions between cooperating robots |
JP3975959B2 (en) * | 2003-04-23 | 2007-09-12 | トヨタ自動車株式会社 | Robot operation regulating method and apparatus, and robot equipped with the same |
EP1682283B1 (en) * | 2003-11-06 | 2008-08-06 | Fanuc Robotics America, Inc. | Compact robotic painting booth |
DE102004041821A1 (en) * | 2004-08-27 | 2006-03-16 | Abb Research Ltd. | Device and method for securing a machine-controlled handling device |
DE102005037650A1 (en) * | 2005-08-05 | 2007-02-08 | Reis Gmbh & Co. Kg Maschinenfabrik | Safety system designed to prevent collisions between individuals and static- or mobile robots, compares their relative positions, warns of impending hazard, and shuts down if appropriate |
US8219245B2 (en) * | 2006-05-15 | 2012-07-10 | Kuka Roboter Gmbh | Articulated arm robot |
ES2316012T3 (en) * | 2006-09-14 | 2009-04-01 | Abb Research Ltd. | A METHOD AND DEVICE TO AVOID COLLISIONS BETWEEN AN INDUSTRIAL ROBOT AND AN OBJECT. |
-
2009
- 2009-09-04 DE DE102009040145A patent/DE102009040145A1/en not_active Withdrawn
-
2010
- 2010-08-17 EP EP10008576A patent/EP2292388B1/en not_active Not-in-force
- 2010-08-17 AT AT10008576T patent/ATE552076T1/en active
- 2010-09-03 US US12/875,351 patent/US8583285B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-09-03 KR KR1020100086460A patent/KR101265903B1/en active IP Right Grant
- 2010-09-06 CN CN2010102752758A patent/CN102011932B/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008013431A1 (en) | 2008-03-10 | 2009-05-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Machine safety-oriented stopping procedure, involves releasing turn-off impulse in case of endangerment to persons, and stopping machine within maximum deceleration time during operation of machine |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014226914A1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-06-23 | Kuka Roboter Gmbh | Override based predictive speed capping |
EP3037220A1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-06-29 | KUKA Roboter GmbH | Override-based predictive speed capping |
DE102014226914B4 (en) | 2014-12-23 | 2019-02-28 | Kuka Deutschland Gmbh | Override based predictive speed capping |
DE102016006343B4 (en) | 2015-05-29 | 2022-03-31 | Fanuc Corporation | ENGINE CONTROL EQUIPPED WITH ABNORMAL BRAKE DETECTION FUNCTION AND ABNORMAL BRAKE DETECTION METHOD |
US10406689B2 (en) | 2016-02-17 | 2019-09-10 | Fanuc Corporation | Robot simulation apparatus that calculates swept space |
DE102017001298B4 (en) | 2016-02-17 | 2019-10-02 | Fanuc Corporation | Robot simulation device that calculates a swept room |
DE102017010599A1 (en) * | 2017-11-15 | 2019-05-16 | Kuka Deutschland Gmbh | Method and system for simulating a braking operation of a robot |
US11633858B2 (en) | 2017-11-15 | 2023-04-25 | Kuka Deutschland Gmbh | Method and system for simulating a braking operation of a robot |
DE102019125326B3 (en) * | 2019-09-20 | 2020-12-03 | Franka Emika Gmbh | Predicted braking range of a robot manipulator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102011932A (en) | 2011-04-13 |
ATE552076T1 (en) | 2012-04-15 |
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